3.3. Массовый поток пара в верхней и нижней частях колонны

Средние концентрации паров и их температуры (по t-x, y диаграмме)

y_F = 0,42; y_p = 0,901; y_W = 0,032 (из y*– x диаграммы)

у_ср.в = 0,5(y_F + y_p) = 0,5(0,420 + 0,901) = 0,66  t_ср.в = 59 С

у_ср.н = 0,5(0,420 + 0,032) = 0,23  t_ср.н = 68 С

Средние молярные массы паров

М_ср.в = 0,6658 + 0,3446 = 53,9 кг/моль

М_ср.н = 0,2358 + 0,7746 = 48,8 кг/моль

Расход пара

G_в = Р(R + 1)М_ср.в /М_р = 0,369(3,30+1)53,9/56,8 = 1,51 кг/с

G_н = Р(R + 1)М_ср.н /М_р = 0,369(3,90+1)48,8/56,8 = 1,36 кг/с

2. Массовые расходы жидкости в верхней и нижней части колонны

Средние концентрации жидкости

х_ср.в = (х_F + x_р) / 2 = (0,254 + 0,901)/2 = 0,578

х_ср.н = (0,254 + 0,032)/2 = 0,143

Средние молярные массы жидкости

М_ср.в = 0,57858 + 0,42246 = 52,9 кг/моль

М_ср.н = 0,14358 + 0,85746 = 47,7 кг/моль

Расход жидкости

L_в = PRM_cр.в / М_р = 0,3693,3052,9/56,8 = 1,13 кг/с

L_H = PRM_cр.н/М_р+FM_cр.н /М_F =

= 0,3693,3047,7/56,8+1,25047,7/49,0 = 2,24 кг/с

4. Расчет диаметра колонны

4.1. Плотности компонентов

По диаграмме t – x, y*, находим температуры исходной смеси, дистил­лята и кубового остатка: t_F = 68 C; t_p = 57 C: t_W = 76 C

Рис. 4 t-x-y диаграмма системы этанол – ацетон

Плотности компонентов при этих температурах, кг/м³

	57 С	68 С	76 С
ацетон	749	738	724
этанол	757	748	739

Плотность жидкости

= 1/(0,30/738+0,70/748) = 745 кг/м³

= 1/(0,92/749+0,08/757) = 750 кг/м³

= 1/(0,04/724+0,96/739) = 738 кг/м³

Средняя плотность жидкости в верхней и нижней части

_вж = 0,5(_жF + _жр) = 0,5(745 + 750) = 748 кг/м³

_нж = 0,5(_жF + _жW) = 0,5(745 + 738) = 742 кг/м³

Плотность паров на питающей тарелке

= 51,0273/[22,4(273+68)] = 1,93 кг/м³

М_пF = 0,4258 + 0,5846 = 51,0 кг/моль

Плотность паров в верхней части

_пв = 53,9273/[22,4(273+59)] = 1,98 кг/м³

Плотность паров в нижней части

_пн = 48,8273/[22,4(273+68)] = 1,74 кг/м³

2. Скорость пара в колонне

Скорость пара в верхней части колонны

_

где С = 700 – при расстоянии между тарелками 400 мм [4c. 31]

w_пв = 0,84710^-4700[(748 – 1,98)/1,98]^1/2 = 1,15 м/с

Скорость пара в нижней части колонны

w_пн = 0,84710^-4700[(742 – 1,74)/1,74]^1/2 = 1,22 м/с

4.3. Диаметр колонны:

верхней части

= [1,51/(1,980,7851,15)]^1/2 = 0,91 м

нижней части

= [1,36/(1,740,7851,22)]^1/2 = 0,86 м

Принимаем диаметр колонны 800 мм, тогда действительная скорость пара составит:

w_пв = 1,15(0,91/0,8)² = 1,48 м/с

w_пн = 1,22(0,86/0,8)² = 1,41 м/с

4.4. Характеристика тарелки

Принимаем тарелки типа ТС (ОСТ 26-01-108-85) [4c.138]:

Диаметр тарелки – 800 мм;

Свободное сечение колонны – 0,51 м²;

Периметр слива – 0,570 м;

Сечение перелива – 0,016 м²;

Свободное сечение тарелки – 0,51 м²;

Относительная площадь перелива – 4,1%;

Масса – 21,0 кг

4. Расчет числа тарелок

Рис. 5 Определение теоретического числа тарелок.

1. Число теоретических тарелок

Графическим методом находим общее число теоретических тарелок

n_т = 11,

нижняя часть – 4

верхняя часть – 7.

2. Средний к.п.д. тарелки

Вязкость жидкости на питающей тарелке:

ln = хln_A + (1 – x)ln_B

где _А = 0,22 мПас – вязкость ацетона [1c. 512]

_В = 0,55 мПас – вязкость этанола [1c. 512]

ln_ж = 0,254ln0,22 + (1 – 0,254)ln0,55

откуда  = 0,44 мПас

Коэффициент относительной летучести:

 = Р_А/Р_В =1050/480 = 2,2

где Р_А =1050 - давление насыщенного пара ацетона [1c.565],

Р_В = 480 мм рт.ст. - давление насыщенного пара этанола

Произведение  = 2,20,44 = 0,96

По произведению  = 0,96 находим к.п.д. тарелки =0,49 [1c323], тогда число тарелок в верхней части колонны:

n_в = 7/0,49 = 14

в нижней части колонны:

n_н = 4/0,49 = 8